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現(xiàn)代化的天文定位-計(jì)算機(jī)代替天文定位中的查表
畢業(yè)論文摘 要：利用計(jì)算機(jī)完成天文定位中的太陽(yáng)赤經(jīng)、赤緯、太陽(yáng)格林時(shí)角、春分點(diǎn)格林時(shí)角、測(cè)者地方時(shí)角的計(jì)算。
關(guān)鍵詞：天文定位 太陽(yáng)赤經(jīng) 太陽(yáng)赤緯 太陽(yáng)格林時(shí)角
近年來(lái)，電子導(dǎo)航系統(tǒng)不斷發(fā)展，特別是GPS導(dǎo)航儀的普及，使得船舶駕駛?cè)藛T不重視天文定位。但是，天文導(dǎo)航有其獨(dú)特的優(yōu)越性:設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠，觀測(cè)的目標(biāo)是自然天體而不受人為控制，不發(fā)射任何聲、光和電波而具有隱蔽性等。因此，船舶駕駛員適任證書評(píng)估考試中仍然考核天文定位和天測(cè)羅經(jīng)差，這些內(nèi)容包含在天文導(dǎo)航中。但是，天文計(jì)算內(nèi)容繁瑣、勞動(dòng)量大、容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。為了解決這些問題，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)天文定位就成為必然。以前的天文定位是用6分儀觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后查表、計(jì)算得出船位，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而現(xiàn)在我們可以通過(guò)射電6分儀準(zhǔn)確快速的觀測(cè)天體高度，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得出船位。整個(gè)過(guò)程在1分鐘之內(nèi)完成，可以說(shuō)是實(shí)現(xiàn)了時(shí)時(shí)定位。
射電6分儀它工作在微波波段，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)、月球或人造衛(wèi)星，把天體（或人造衛(wèi)星）地平坐標(biāo)數(shù)據(jù)連同時(shí)間信息輸入電子計(jì)算機(jī)，處理后給出船只或飛機(jī)所在地的地理位置。射電6分儀觀測(cè)不受云霧甚至暴風(fēng)雪的影響，因此可以全天候工作。假如在戰(zhàn)爭(zhēng)期間為了不發(fā)射信號(hào)，我們可以把射電6分儀換成普通6分儀，雖然操作需要人工，但也并不復(fù)雜。例如：應(yīng)用太陽(yáng)中天高度求緯度，在太陽(yáng)中天時(shí)間，前后只需1分鐘就可以測(cè)得太陽(yáng)的高度，把數(shù)值輸入計(jì)算機(jī)后馬上得出測(cè)者的緯度，前后所需時(shí)間最多兩分鐘。
傳統(tǒng)天文定位費(fèi)時(shí)費(fèi)力的關(guān)鍵是查表和計(jì)算。計(jì)算可以輕松的通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，天文定位要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，查表求天文數(shù)據(jù)就成為關(guān)鍵。下面主要介紹如何利用計(jì)算機(jī)求取天文數(shù)據(jù)來(lái)代替查表。
1、時(shí)間計(jì)算
1.求出儒略日J(rèn)D
即JD=367*YEAR-INT（7*（YEAR+INT（（MONTH+9）/12））/4）+INT（275*MONTH/9）+DATE+1721013.5+GMT/24
其中：YEAR——年數(shù)（如2006）；
MONTH——月數(shù)（如10）；
DATE——日期（如16）；
GMT——世界時(shí)（如21）；
INT——取整數(shù)。
2.從J2000.0起算的儒略世紀(jì)數(shù)T
T=（JD-2451545.0）/36525
2、太陽(yáng)平均軌道根數(shù)
1.太陽(yáng)赤道偏心率
es=0.016708617-0.00004204*T-0.0000001236*T2
2.太陽(yáng)平均平近點(diǎn)角
MS0=357°31′39˝.804+（99r + 359°03′01˝.224）*T-0˝.577*T2-0˝.012 *T3
3.平黃赤交角ε0
ε0=23°26′21˝.448-46˝.815*T-0˝.00059* T2 +0˝.001813 *T3
4.白道升交點(diǎn)的平黃經(jīng)Ωn
Ωn=125°02′40˝.28-(5r+134°08′10˝.539)*T+7˝.455*T2+0˝.008*T3
5.對(duì)于當(dāng)天平春分點(diǎn)的太陽(yáng)幾何平黃經(jīng)Ls0
L s0= 280°27′57˝.85+（100 r+0°46′11˝.27）*T+ 1˝.089*T2
其中1r=360°=1296000 ˝
3、其他所需的天體軌道根數(shù)
1.日月距角D
D=277°51′01˝.307+（1236 r +307°06′41˝.328）*T- 6˝.891* T2 +0˝.011* T3
2.金星的平近點(diǎn)角Mv
Mv= 50°24′57˝.937+(162 r +197°48′38˝.915)*T+ 4˝.98* T2 +0˝.019* T3
3.火星的平近點(diǎn)角Mm
Mm = 19°22′22˝.947+(53 r +59°51′19˝.55)*T+ 0˝.6331* T2 +0˝.0009* T3
[NextPage]
4、太陽(yáng)軌道根數(shù)的改正
1.太陽(yáng)平近點(diǎn)角的攝動(dòng)改正ΔMs
ΔMs= 6˝.4*sin(251°.4+20°.2*T)+1˝.9*sin(207°.5+150°.3*T)
2.黃赤交角章動(dòng)改正Δε
Δε=9˝.2*cosΩn
3.太陽(yáng)黃經(jīng)章動(dòng)改正ΔΦ
ΔΦ=-17˝.2*sinΩn
4.中心差v
v=(2es -(es)3/4)sinMS+(5(es)2/4-11(es)4/24) sin2MS+13(es)3sin (3MS)/12+103(es)4sin (4MS)/96
5.太陽(yáng)平黃經(jīng)的主要攝動(dòng)項(xiàng)
（1）長(zhǎng)周期項(xiàng)
ΔLL =6˝.4*sin（251°.4+20°.2T）+1˝.9*sin（207°.5+150°.3T）
（2）月亮攝動(dòng)項(xiàng)
ΔLN =6˝.6*sin D
（3）大行星主要攝動(dòng)項(xiàng)
ΔLP =5˝.5*cos（148°.3+2Mv -2MS ）+ 4˝.8cos(299.1+ Mv - MS )+2˝.0cos(343°.9-2Mv +2MS )
6.太陽(yáng)黃經(jīng)光行差的改正
ΔLg=-20˝.4955/rs
其中太陽(yáng)向徑rs =1.00000101778*(1- (es)2)/(1+ es *cos f )
太陽(yáng)真近點(diǎn)角f= MSs+v
5、太陽(yáng)軌道參數(shù)
1.太陽(yáng)平近點(diǎn)角
MSs = MS0+ΔMS
2.黃赤交角
ε=ε0 +Δε
3.太陽(yáng)視黃經(jīng)
λs= Ls0+ΔΦ+v+ΔLL +ΔLN +ΔLP +ΔLg
6、太陽(yáng)赤道視坐標(biāo)
由于太陽(yáng)的黃緯很小，幾乎為0，因此可以采用球面直角3角形公式直接將太陽(yáng)視黃經(jīng)轉(zhuǎn)換為視赤經(jīng)和視赤緯。
1.太陽(yáng)赤經(jīng) RA=arctan(cosεtanλs)
2.太陽(yáng)赤緯 Dec= arcsin(sinεsinλs)
其中：當(dāng)cosλs<0時(shí)，太陽(yáng)向徑rs =-1.00000101778*(1- (es)2)/(1+ es *cosf)
7、春分點(diǎn)格林時(shí)角GHAγ
GHAγ=100.075+0.985647348*（JD-2400000.5 -GMT/24-33282）+15.04107GMT
8、太陽(yáng)格林時(shí)角GHA⊙
GHA⊙=GHAγ-RA
9、太陽(yáng)地方時(shí)角LHA
LHA= GHA⊙+λ（E）或LHA= GHA⊙-λ（W）
這樣太陽(yáng)赤經(jīng)、赤緯、太陽(yáng)格林時(shí)角、春分點(diǎn)格林時(shí)角、測(cè)者地方時(shí)角都已經(jīng)求出。把以上過(guò)程編寫成計(jì)算機(jī)程序的話，只需輸入年、月、日、世界時(shí)，我們馬上可以求得天文定位中所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，前后不用1分鐘。本人經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)編程,得出的軟件(本軟件為山東省交通廳科研項(xiàng)目),經(jīng)檢驗(yàn)和天文歷數(shù)據(jù)相差為秒級(jí),由此可見計(jì)算機(jī)計(jì)算完全可以代替天文歷.另外這些數(shù)據(jù)再加上天文定位的公式,經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的編程處理,可以快速的得出船位。
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